分光光度法测定饮料中六偏磷酸钠添加剂

　　　　作者：赵希娟 李春梅 黄承志 李原芳

【摘要】 在pH 8.6的TrisHCl缓冲溶液中，六偏磷酸钠使天青B在溶液中发生聚集，溶液由天蓝色逐渐变为紫色，体系的吸光度降低，光散射增强。在优化条件下，在6.0 ×10-7～1.0×10-5 mol/L范围内，天青B在602 nm处的吸光度降低与六偏磷酸钠浓度呈良好的线性关系，检出限(3σ)为 5.3 ×10-7 mol/L。对浓度为5.0×10-6 mol/L的六偏磷酸钠溶液平行测定11次，其相对标准偏差为 2.5%。本方法用于饮料中添加剂六偏磷酸钠含量的分析，平均标准加入回收率为99.5%～112.3%，可实现六偏磷酸钠的可视化半定量检测。

【关键词】 紫外可见分光光度法，光散射，天青B，六偏磷酸钠

　 1 引 言

　　品质改进剂是一类通过保水、粘结、增塑、稠化、增溶及改善流变性能等作用以改进食品的组织结构和口感的添加剂[1]。六偏磷酸钠是常用的食品级品质改进剂，可用作水分保持剂、品质改良剂、pH调节剂等[2]。由于六偏磷酸钠中含有微量的杂质元素，如砷、铅及氟化物等，无论是单独使用还是与其它磷酸盐配制成复合磷酸盐使用，都应符合国家标准[3]，而且要注意钙与磷的比例[4]，以免发生因钙、磷不平衡或滥用磷酸盐，对人体健康产生不良影响。

　　目前，测定磷酸盐添加剂的方法有离子色谱法[5]、原子吸收光度法[6，7]和沉淀法等[3]。但离子色谱法所用试剂种类多，原子吸收光度法和沉淀法都是间接测定磷酸盐或聚磷酸盐的含量，3种方法均操作繁琐。本研究表明，在TrisHCl缓冲溶液(pH 8.6)中，六偏磷酸钠使天青B(AB)发生聚集，导致其在602 nm处的吸光度值下降，360 nm左右光散射增强，并在530 nm处出现新的散射峰。根据其吸光度降低值与六偏磷酸钠浓度在一定范围内呈线性关系，建立了饮料中添加剂六偏磷酸钠含量测定的分光光度方法。与间接法相比，此法线性范围宽，所用试剂种类少，操作简单，分析速度快，且由于随着六偏磷酸钠浓度增加，体系由天蓝色逐渐向紫色转变，可以实现可视化半定量检测六偏磷酸钠。此方法适用于某些茶饮料和运动饮料中六偏磷酸钠添加剂含量的测定。

　　 2 实验部分

　　2.1 仪器与试剂

　　U3010型紫外可见分光光度计，F4500型荧光分光光度计，COOLPIX4500型数码相机(日本日立公司);MVS1型旋涡混合器(海门市其林贝尔仪器制造有限公司)。

　　1.0×10-4 mol/L六偏磷酸钠溶液：准确称取六偏磷酸钠(广东台山化工厂) 6.1 mg溶于水中，定容至100.0 mL;1.0×10-4 mol/L天青B(AB， 新中化学厂)溶液：准确称取3.1 mg天青B溶于水中，定容至100.0 mL并避光保存; TrisHCl缓冲溶液。其它试剂均为分析纯，水为二次蒸馏水。

　　2.2 实验方法

　　准确移取1.0 mL TrisHCl缓冲溶液(pH 8.6)于10.0 mL比色管中，加入2.5 mL AB溶液，充分混匀，再加入适量六偏磷酸钠标准或样品溶液，用水定容至5.0 mL，混匀，以水为参比，在紫外可见分光光度计上扫描反应体系的吸收光谱，在F4500型荧光分光光度计上扫描体系的散射光谱。

　　 3 结果与讨论

　　3.1 光谱特征

　　图1为体系的紫外可见吸收光谱。六偏磷酸钠在400～750 nm波长范围内无吸收。而阳离子染料AB在可见光区的最大吸收波长为602 nm。 图1 体系的紫外可见吸收光谱

　　a→f， 天青B(AB)， 5.0×10-5 mol/L; 六偏磷酸钠(NaPO3)6 (μmol/L)， a， 0; b， 2.0; c， 4.0; d， 6.0; e， 8.0; f， 10.0. TrisHCl(pH 8.6).向AB溶液中加入六偏磷酸钠溶液后，溶液颜色变浅，并且随着六偏磷酸钠浓度的增加，溶液由天蓝色逐渐向紫色转变，602 nm处的吸光度降低。在一定浓度范围内，体系在602 nm处的吸光度降低值与六偏磷酸钠的浓度呈线性关系。值得注意的是，在500 nm处出现一个新的吸收峰，并且对应于530 nm处出现了一个等色点。

　　3.2 反应条件的选择

　　考察了BR缓冲溶液、HClCH3COONa缓冲溶液和TrisHCl缓冲溶液对AB六偏磷酸钠反应体系的影响。结果表明，AB与六偏磷酸钠在碱性条件下反应更灵敏，而且颜色变化更明显;但碱性太强，肉眼可观察到AB自聚集成沉淀，从而影响测定。BR缓冲溶液中含有PO3-4，可能影响测定。综合比较，选择ΔA值相对大的TrisHCl缓冲溶液(pH 8.6)。实验表明，AB与六偏磷酸钠反应体系在室温下20 min后稳定，稳定时间至少2 h。因此实验选择在20 min后测定。

　　 3.3 天青B与六偏磷酸钠的结合比

　　用摩尔比法和连续等摩尔变化法测定了天青B与六偏磷酸钠的结合比， 结果分别如图2和3所示，两种方法得出天青B与六偏磷酸钠的结合比为4∶1。

　　保持天青B和六偏磷酸钠的总浓度为5.5×10-5 mol/L，同时改变二者各自的浓度(total concentration of AB and (NaPO3)6 was kept at 5.5×10-5 mol/L by changing the concentration of both AB and (NaPO3)6 simultaneously. TrisHCl(pH 8.6); λ=602 nm。3.4 反应机理探讨

　　AB在水溶液中存在自聚集现象，当溶液中的离子强度增加时，AB可以发生J型和H型聚集[8]。六偏磷酸钠的结构式呈环状，其阴离子带6个单位的负电荷，可以与带正电荷的AB通过静电作用结合，一方面可能因为AB分子所带电荷发生改变而形成聚集体; 另一方面也可能形成AB与六偏磷酸钠形成某种异质杂化体，从而引起溶液颜色的改变[9]。从图1吸收光谱可见， 500 nm新峰和530 nm等色点的出现说明在六偏磷酸钠的作用下，有新物质型体生成[10]。图4的散射光谱中， 530 nm处新的散射峰源于500 nm处的吸收[11]，说明新物质的颗粒较大[12]。

　　理论上，AB与六偏磷酸钠作用的摩尔比应为6∶1，但图2和图3结果说明AB与六偏磷酸钠的最佳结合比为4∶1。推测可能的原因是二者结合时存在空间位阻和AB分子上的正电荷存在离域性[13，14]使得正电荷可以离域到S原子和N原子上，造成电荷密度减小。此外，本实验是在弱碱性条件下进行，AB分子的正电荷被中和了一部分。以上作用导致AB与六偏磷酸钠的最佳结合比为4∶1。

3.5 共存物质的干扰

　　在优化条件下，约50 μmol/L AB， 5.0 μmol/L六偏磷酸钠时，测定了常见的和饮料中可能存在的物质对体系的影响。实验表明，4000倍的NaCl， 1000倍的Na2CO3、Na2C2O4、Nah3PO4、K2HPO4、NaHCO3、柠檬酸钠， 500倍的KBr， 50倍的NaF、Vitamin C， 40倍的Na3PO4、MgCl2， 4倍的Na5P3O10， 2倍的CuSO4， 0.8倍的Pb(NO3)2， 0.1倍的Fe2(SO4)3， 不干扰测定。根据国标[3]，食品添加剂六偏磷酸钠指标中铁(Fe)和重金属(以Pb计)的允许含量非常低，因此实际测定时不需加掩蔽剂掩蔽Pb2+和Fe3+。

　　3.6 校正曲线、精密度及灵敏度

　　按实验方法，在优化条件下，发现体系在602 nm处吸光度的降低(ΔA)与六偏磷酸钠的浓度在6.0×10-7～1.0×10-5 mol/L范围内呈线性关系。线性回归方程为：ΔA=-0.067c-0.0073， r=-0.9987。对5.0×10-6 mol/L六偏磷酸钠溶液平行测定11次，其相对标准偏差为2.5%。检出限为5.3×10-7 mol/L。表1 样品分析结果及回收实验

3.7 样品分析及可视化半定量检测

　　根据《中华人民共和国食品卫生法》和《食品添加剂卫生管理办法》，食品添加剂六偏磷酸钠在碳酸饮料、 图5 可视化检测不同浓度的六偏磷酸钠

　　Fig.5 Visual detection of (NaPO3)6 with different concentrations

　　六偏磷酸钠(NaPO3)6 (μmol/L)， a， 0; b， 4.0; c， 5.0; d， 6.0; e， 8.0; f， 10.0; g， 4.7(sample). 天青B(AB)， 5.0×105 mol/L; TrisHCl(pH 8.6)。运动饮料中的最大使用量为1.0 g/kg，茶饮料中的最大使用量为0.5 g/kg。按2.2项的方法测定了1种运动饮料和3种茶饮料中六偏磷酸钠添加剂的含量。实验表明，4种饮料中的六偏磷酸钠都没有超标;同时进行标准加入回收率实验，结果见表1。应用本方法测定饮料中六偏磷酸钠添加剂含量的结果令人满意。

　　图5为不同浓度的六偏磷酸钠溶液的可视化测定。从a到f，六偏磷酸钠标准溶液的浓度依次递增，可以观察到溶液由天蓝色逐渐向紫色转变。 g是茶饮料3，肉眼可见其颜色介于b(4.0 μmol/L)和c(5.0 μmol/L)之间，在紫外可见分光光度计上测得的浓度为4.7 μmol/L。实验证明，可以通过这种简单的方法实现六偏磷酸钠的可视化半定量检测。

参考文献

　　1 Ling GuanTing(凌关庭)， Tang ShuChao(唐述潮)， Tao MinQiang(陶民强). Food Additive Manual(the Third Edition)(食品添加剂手册(第三版)). Beijing(北京): Chemical Industry Press(化学工业出版社)， 2003： 844

　　2 China Food Additive Association(中国食品添加剂生产应用工业协会). Food Additive Manual(食品添加剂手册). Beijing(北京): China Light Industry Press(中国轻工业出版社)， 1996： 152

　　3 PRC Ministry of Chemical Industry(中华人民共和国化学工业部). Food Addictive Sodium Hexametaphosphate(食品添加剂六偏磷酸钠)， GB18901989

　　4 China Food Additive Association (中国食品添加剂生产应用工业协会). Food Additive Manual(食品添加剂手册). Beijing(北京): China Light Industry Press(中国轻工业出版社)， 1996， 147

　　5 Song XiuXian(宋秀贤)， Mou ShiFen(牟世芬)， Liu KeNa(刘克纳). Environmental Chemistry(环境化学)， 1994， 13(1): 87～94

　　6 China Food Additive Association(中国食品添加剂生产应用工业协会). Food Additive Analysis and Test Manual(食品添加剂分析检验手册). Beijing(北京): China Light Industry Press(中国轻工业出版社)， 1999： 402

　　7 China Food Additive Association(中国食品添加剂生产应用工业协会). Food Additive Analysis and Test Manual(食品添加剂分析检验手册). Beijing(北京): China Light Industry Press(中国轻工业出版社)， 1999： 27

　　8 Li Y F， Huang C Z， Li M. Anal. Chim. Acta， 2002， 452: 285～294

　　9 Wiame J M. J. Am. Chem. Soc.， 1947， 69(12): 3146～3147

　　10 Huang C Z， Li K A， Tong S Y. Anal. Chem.， 1996， 68(13): 2259～2263

　　11 Huang C Z， Li Y F， Liu X D. Anal. Chim. Acta， 1998， 375: 89～97

　　12 Li YuanFang(李原芳)， Huang ChengZhi(黄承志)， Hu XiaoLi(胡小莉). Chinese J. Anal. Chem.(分析化学)， 1998， 26(12): 1508～1515

　　13 Wang L K， Panzardi P J. Anal. Chem.， 1975， 47(8): 1472～1475

　　14 Agrisuelas J， Gabrielli C， GarcíaJareo J J， GiménezRomero D， Perrot H， Vicente F. J. Phys. Chem. C， 2007， 111(38): 14230～14237